新形勢(shì)下改進(jìn)理論力學(xué)課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考

（河南科技大學(xué)物理工程學(xué)院 河南·洛陽(yáng) 471023）

0 引言

2017年的《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出：將積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”作為重要任務(wù)，鼓勵(lì)教師創(chuàng)新教學(xué)模式，充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，形成線上線下有機(jī)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)新模式；2019年習(xí)近平總書(shū)記在學(xué)校思想政治理論課教師座談會(huì)上指出：挖掘課程和教學(xué)方式中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人。在新形勢(shì)下，通過(guò)創(chuàng)新教學(xué)模式和豐富教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)課程教學(xué)效果、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量是各高校正在積極開(kāi)展的首要工作。理論力學(xué)課程是高校理工類(lèi)應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，然而，其教學(xué)目前在應(yīng)用型本科院校（以河南科技大學(xué)為例）的情況是課程內(nèi)容多、課時(shí)少。任課教師為了趕教學(xué)進(jìn)度壓縮知識(shí)點(diǎn)的剖析講解，教學(xué)內(nèi)容公式推導(dǎo)和例題講解相對(duì)單一、教學(xué)模式課堂純粹講授相對(duì)單調(diào)、線上教學(xué)使用率低；學(xué)生被動(dòng)地接受教師傳授新知識(shí)，越來(lái)越跟不上教學(xué)進(jìn)度，逐漸失去學(xué)習(xí)本課程的熱情和自信心，教學(xué)過(guò)程枯燥，教學(xué)效果堪憂。因此，創(chuàng)新教學(xué)模式、豐富教學(xué)內(nèi)容是理論力學(xué)教師改進(jìn)教學(xué)效果的第一要?jiǎng)?wù)。

1 “線上+線下”教學(xué)有機(jī)結(jié)合，助推教學(xué)模式創(chuàng)新

（1）基于十幾年理論力學(xué)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看：學(xué)生剛接觸理論力學(xué)課程普遍反映和大一的力學(xué)知識(shí)都一樣，因此教師要首先做好理論力學(xué)與力學(xué)的銜接工作：

①教師要正確把理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，突出課程的邏輯性，使學(xué)生深入理解兩者的根本不同：力學(xué)是歸納總結(jié)出物理學(xué)規(guī)律，而理論力學(xué)是使用這些規(guī)律借助高等數(shù)學(xué)工具來(lái)分析具體的實(shí)際問(wèn)題；第二定律是由動(dòng)量定理推導(dǎo)出來(lái)的；第三定律是牛頓本人在生活中觀察總結(jié)出來(lái)的。力學(xué)可以幫助學(xué)生們理解這些自然科學(xué)的原理是如何歸納總結(jié)出來(lái)的，而理論力學(xué)則是這些原理定理守恒律的使用，側(cè)重于數(shù)學(xué)方程的計(jì)算，我們可以使用牛頓運(yùn)動(dòng)微分方程（也就是牛頓第二定律的微分表示形式）來(lái)求解各種各樣的實(shí)際問(wèn)題，比如分析三維空間中自由質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，受曲線或曲面約束的非自由質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；根據(jù)物體受到的作用力的表達(dá)形式（位移、速度或時(shí)間三種自變量的單函數(shù)還是聯(lián)合函數(shù)）來(lái)具體分析常系數(shù)微分方程的計(jì)算過(guò)程，并根據(jù)計(jì)算的結(jié)果理解運(yùn)動(dòng)規(guī)律。更為重要的是：理論力學(xué)中一個(gè)重要分支-分析力學(xué)，這是數(shù)學(xué)家們借助變分原理和方法來(lái)求解物理學(xué)問(wèn)題，其求解過(guò)程比牛頓力學(xué)簡(jiǎn)單，并且越復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題使用分析力學(xué)的知識(shí)來(lái)計(jì)算越便捷。②讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到理論力學(xué)課程中的部分內(nèi)容在力學(xué)中雖有所涉及，但是微積分思想和求解常系數(shù)微分方程的引入使理論力學(xué)分析問(wèn)題更系統(tǒng)，更深入。③考慮到多數(shù)學(xué)生一直困惑于用微積分和求解常系數(shù)微分方程等問(wèn)題，講課時(shí)，需要一步步講解計(jì)算過(guò)程以加強(qiáng)和鞏固學(xué)生對(duì)它們的運(yùn)用。只有做好這些，學(xué)生才能欣然地、循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)接受新知識(shí)。

（2）對(duì)平時(shí)教學(xué)效果的考量和期末考試成績(jī)的數(shù)理分析得到：河南科技大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在理論力學(xué)課程難度方面的認(rèn)知是：僅有不到10% 的學(xué)生覺(jué)得課程簡(jiǎn)單，能夠全部掌握教師所講的內(nèi)容并在最終的期末考試中取得優(yōu)秀；30%左右的學(xué)生覺(jué)得難度一般，能夠基本掌握所講內(nèi)容；40%的覺(jué)得課程學(xué)起來(lái)難，老師講的內(nèi)容只懂一些；20%左右的學(xué)生覺(jué)得課程非常難，對(duì)老師講的內(nèi)容完全理解不了。大部分學(xué)生能夠做到在課堂上聽(tīng)，但是做不到課前充分預(yù)習(xí)和課后高效復(fù)習(xí)。這說(shuō)明學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力還有些薄弱、也缺少良好的學(xué)習(xí)方法。從教學(xué)活動(dòng)角度看，學(xué)生不但希望聽(tīng)老師講，還希望與老師、同學(xué)交流和親身體驗(yàn)等多種活動(dòng)。單一的教學(xué)模式不再滿足學(xué)生需求，學(xué)生希望課堂教學(xué)，也希望有網(wǎng)上教學(xué)。

（3）對(duì)平時(shí)教學(xué)過(guò)程的深入溝通了解到：大部分學(xué)生（70%）認(rèn)為理論力學(xué)課程重要，可以拓展思維、拓寬知識(shí)面、培養(yǎng)科學(xué)思維、為創(chuàng)新和探索提供理論支撐；30%的學(xué)生認(rèn)為該課程不重要，只是為了拿學(xué)分。學(xué)生對(duì)理論力學(xué)與所學(xué)專(zhuān)業(yè)相關(guān)性的認(rèn)識(shí)不多也不夠具體，這也要求教師能及時(shí)把理論力學(xué)這門(mén)基礎(chǔ)課程和后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程（比如材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)等）之間的銜接知識(shí)讓學(xué)生切實(shí)理解，比如講解剛體的平衡方程時(shí)，不考慮變形效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)方程的個(gè)數(shù)等于未知數(shù)的個(gè)數(shù)，我們稱之為靜定問(wèn)題；在工程力學(xué)中物體的變形效應(yīng)不能忽略，則此類(lèi)未知數(shù)個(gè)數(shù)大于方程個(gè)數(shù)的問(wèn)題稱之為非靜定問(wèn)題，我們舉橋梁?jiǎn)栴}簡(jiǎn)單的講解一下就可以加深學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解，并提高對(duì)理論力學(xué)課程學(xué)習(xí)的興趣和積極性，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（4）隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)的逐漸融合，“混合式教學(xué)”（即“線上+線下”教學(xué)）模式優(yōu)點(diǎn)逐漸突出。教師可以在四個(gè)方面發(fā)揮混合教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。①擴(kuò)展教學(xué)活動(dòng)的時(shí)間和空間。教師可以把錄好的講課視頻和習(xí)題講解視頻上傳網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，方便學(xué)生隨時(shí)隨地觀看，講授的內(nèi)容上要做到既要突出重點(diǎn)，也要精講典型的例題和習(xí)題，講解過(guò)程多用現(xiàn)實(shí)生活舉例，比如在講剛體的各種特殊運(yùn)動(dòng)時(shí)多和實(shí)際物體聯(lián)系：剛體平動(dòng)時(shí)，講解公路上行駛的汽車(chē)，分析其前后輪胎受力是否相同，解釋“漂移”是如何實(shí)現(xiàn)的，學(xué)生們對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解一定是深刻的；剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)地講解學(xué)生們頭頂上風(fēng)扇的運(yùn)行規(guī)律；剛體平面平行運(yùn)動(dòng)時(shí)，講解自行車(chē)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)生們會(huì)心領(lǐng)神會(huì)兩種軌跡的區(qū)別和聯(lián)系；剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，播放陀螺的運(yùn)動(dòng)視頻，讓學(xué)生回憶自己小時(shí)候玩陀螺的場(chǎng)景，能很好地理解歐勒角的定義。課堂多點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，比如在講解角動(dòng)量守恒定律時(shí)，可以播放花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的視頻，伸開(kāi)雙臂，角速度減小，抱緊雙臂，角速度增大，引導(dǎo)學(xué)生嘗試思考能不能用一些因陋就簡(jiǎn)的小實(shí)驗(yàn)來(lái)同樣驗(yàn)證這個(gè)守恒定律，以啟迪學(xué)生的思路，活躍課堂教學(xué)的氣氛，提高教學(xué)效果。多點(diǎn)小組討論，主要探討原理定律如何應(yīng)用，同一道例題或習(xí)題嘗試用不同的方法來(lái)求解。比如橢圓軌尺可以分別使用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和剛體的平面平行運(yùn)動(dòng)方程都能得到其上任意一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度和加速度；兩個(gè)固定球支撐一自由球的三體平衡問(wèn)題，既可以使用牛頓力學(xué)中平衡力系原理，又能使用分析力學(xué)中虛功原理進(jìn)行求解；再比如，運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)和直角劈的兩體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，既能使用牛頓力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)方程和守恒定律求解，也能使用分析力學(xué)的拉格朗日方程求解......這類(lèi)一題多解問(wèn)題的分析過(guò)程，一方面調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另一方面也能通過(guò)不同角度分析問(wèn)題來(lái)提高學(xué)生的邏輯思維能力。除了精進(jìn)各個(gè)講授環(huán)節(jié)之外，還可將仿真實(shí)驗(yàn)嵌入多媒體教學(xué)中，演示使用物理數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算，演示使用圖形或動(dòng)畫(huà)形象地模擬分析物體的受力情況及運(yùn)動(dòng)過(guò)程，提高學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容掌握的牢固度。②提供多元的教學(xué)互動(dòng)形式。除了課堂上面對(duì)面的及時(shí)交流，還可以通過(guò)QQ、微信、釘釘?shù)冉换テ脚_(tái)及時(shí)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的答疑解惑和對(duì)日常學(xué)習(xí)生活中實(shí)際問(wèn)題的理解，隨時(shí)隨地進(jìn)行便捷的交流溝通，不僅能提交教學(xué)質(zhì)量還能增進(jìn)師生情誼。③開(kāi)展多元化的教學(xué)活動(dòng)。課堂上開(kāi)展對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)的活動(dòng)；網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上多開(kāi)展作業(yè)討論、問(wèn)卷調(diào)查、章節(jié)測(cè)驗(yàn)等有監(jiān)督效果的活動(dòng)；兩者結(jié)合形成“預(yù)習(xí)—聽(tīng)課—復(fù)習(xí)”的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。幫助教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并適時(shí)給予監(jiān)督和全面的綜合評(píng)價(jià)；學(xué)生可以通過(guò)隨時(shí)查看自己各個(gè)項(xiàng)目得分情況了解最近學(xué)習(xí)狀態(tài)，做出反思，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)態(tài)度和方法。開(kāi)展這些多元化的教學(xué)活動(dòng)，不僅能夠幫助學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣；還自然而然地加強(qiáng)了學(xué)生之間、師生之間的交流溝通和學(xué)生在教學(xué)中的參與度。④用好網(wǎng)上優(yōu)秀教學(xué)資源拓寬課程內(nèi)容范圍、拓展課程內(nèi)容深度，使得學(xué)生能多角度、全方面的理解所學(xué)知識(shí)。

2 多種思政元素融合提高育人效果

加入多種多樣的思政元素，既能使得教學(xué)內(nèi)容豐富多彩，又能更好的實(shí)現(xiàn)教書(shū)育人的目的。（1）加入現(xiàn)代科技前沿技術(shù)。比如，講動(dòng)量守恒定律應(yīng)用時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用該知識(shí)推導(dǎo)火箭飛行原理公式，并借機(jī)介紹我國(guó)航天技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的奮斗歷程，以此激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的民族自豪感；講多普勒效應(yīng)的原理和實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以介紹我國(guó)自主研制的“蛟龍?zhí)枴睗撍骷捌淠壳暗南聺撋疃?，不光使得課本上知識(shí)的應(yīng)用直觀呈現(xiàn)，同時(shí)也讓“科技強(qiáng)國(guó)、創(chuàng)新興邦”的理念滲透入學(xué)生心中。（2）加入科學(xué)家的故事。比如，國(guó)內(nèi)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森、鄧稼先和于敏等，介紹他們國(guó)為重，家為輕；科學(xué)最重，名利最輕的精神境界，讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)真正的大愛(ài)、大義和奉獻(xiàn)，增強(qiáng)內(nèi)心深處的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。（3）加入與課程內(nèi)容有關(guān)的娛樂(lè)節(jié)目。比如，講角動(dòng)動(dòng)量守恒定律應(yīng)用時(shí)，播放一段我國(guó)滑冰運(yùn)動(dòng)員比賽的視頻或相關(guān)娛樂(lè)節(jié)目視頻，再插入一段有關(guān)該知識(shí)的討論，活躍課堂氣氛的同時(shí)，又加深了同學(xué)們的記憶。（4）加入中國(guó)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，能讓學(xué)生陶冶人文情操，增強(qiáng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷。比如，講解動(dòng)量定律時(shí)得到以下結(jié)論：要使給定物體的動(dòng)量發(fā)生一定的改變，需要作用多大的力，該力作用多長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)作用力較小時(shí)，需要的作用時(shí)間就長(zhǎng)些；而當(dāng)作用力較大時(shí)，需要的作用時(shí)間就短些。通過(guò)對(duì)動(dòng)量定理的學(xué)習(xí)和討論，教育學(xué)生找準(zhǔn)目標(biāo)后就一定要堅(jiān)持努力，每天進(jìn)步一點(diǎn)點(diǎn)，量變引起質(zhì)變。（5）加入辯證唯物主義世界觀。比如，講光的波粒二象性時(shí)，簡(jiǎn)單扼要介紹“波動(dòng)說(shuō)”和“微粒說(shuō)”經(jīng)歷三百多年的爭(zhēng)論，最終經(jīng)過(guò)大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)確定光既有波動(dòng)性又有微粒性，讓學(xué)生深刻體會(huì)到實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，順勢(shì)鼓勵(lì)學(xué)生在生活和學(xué)習(xí)中要勤于用實(shí)際行動(dòng)驗(yàn)證自己的想法。思政教育與課程教育的有機(jī)融合，豐富教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，也在踐行著立德樹(shù)人的教育理念。

3 結(jié)語(yǔ)

理論力學(xué)的實(shí)際教學(xué)工作目前還存在著各方面問(wèn)題，但是在新時(shí)代教育教學(xué)改革形勢(shì)的激勵(lì)下，我們進(jìn)行了深刻的思考并提出了相應(yīng)改進(jìn)措施。期待這些措施能有助于提高教學(xué)效果，發(fā)揮高校育人的優(yōu)勢(shì)，為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量貢獻(xiàn)一分力量。